CN108391078B - 视频中水印嵌入位置的确定方法、系统、设备及存储介质 - Google Patents
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Abstract
本发明提供了一种视频中水印嵌入位置的确定方法、系统、设备及存储介质,方法包括对于各幅图像,依次针对其中设置的各个规避区域,根据距离模型计算水印嵌入区域到规避区域的距离,对小于预设距离阈值的距离进行放大,获取更新后的水印嵌入区域至该规避区域的距离,并据此更新水印嵌入区域的位置,从而使得水印嵌入区域避开各个规避区域的位置。本发明增强了随机游走的可见水印在视频会议中的可应用性,实现了让可见水印主动避让视频图像中实时划定的一些重要的用户兴趣区域的功能,使得这项技术可以更加友好地应用在视频会议中,以保障视频会议源的身份信息正确表达的安全。
Description
技术领域
本发明涉及水印技术领域,尤其涉及一种视频中水印嵌入位置的确定方法、系统、设备及存储介质。
背景技术
现有技术中,在处理视频时,通过往数字视频中加入特殊的图案或者信息可以实现对视频来源进行标识的功能,在视频的后续分发过程中可以通过检查标识信息来确认视频的源头。这种用于追溯视频来源而有意加入到数字视频中的信息即数字水印。
近年来往数字视频中嵌入数字水印的技术在快速发展,尤其是在影视作品的数字版权保护领域内数字水印应用十分广泛,与此同时水印的分析和对抗技术也在同步发展。在视频会议领域中常常使用可见水印来对会议视频进行标记以获得可实时嵌入水印的性能,而位置固定的可见水印则极容易被软件实时分析并通过相应的视频过滤处理来对嵌入到视频中的可见水印进行实时破坏,这种破坏导致使用可见水印表达的关于视频源的身份信息被恶意篡改。为了对抗类似的水印分析行为,有新技术在会议视频中加入可见水印时使水印位置在视频中作随机游走或类似的位置随机的呈现,这些使水印位置难以预期的技术增加了水印分析行为的难度,但却存在可见水印污染了会议视频的感兴趣区域从而降低了其友好性。
发明内容
针对现有技术中的问题,本发明的目的在于提供一种视频中水印嵌入位置的确定方法、系统、设备及存储介质,使可见水印在会议视频中游走过程中实时规避若干特定区域。
本发明实施例提供一种视频中水印嵌入位置的确定方法,用于确定视频的各个图像中水印嵌入区域的位置,所述方法包括如下步骤:
用于确定视频的各个图像中水印嵌入区域的位置,所述方法包括如下步骤:
S100:获取当前的水印嵌入区域的位置;
S200:获取当前图像中预设的规避区域的位置;
S300:依次针对当前图像中各个规避区域,根据距离模型更新水印嵌入区域的位置;
其中,步骤S300中,针对各个规避区域,所述根据距离模型更新水印嵌入区域的位置,包括如下步骤:
S301:根据距离模型计算当前的水印嵌入区域至该规避区域的距离;
S302:对小于预设距离阈值的距离进行放大,获取更新后的水印嵌入区域至该规避区域的距离;
S303:根据更新后的水印嵌入区域至该规避区域的距离计算更新后的水印嵌入区域的位置。
其中,所述距离模型为I型距离模型、II型距离模型和III型距离模型中的一种:
I型距离模型的距离计算公式为:
II型距离模型的距离计算公式为:
III型距离模型的距离计算公式为:
其中,中间变量ρ采用如下公式计算:
u=h|Px0|
v=w|Py0|
r为III型距离模型的圆角控制参数,0<r<1;
Px0表示当前的水印嵌入区域的中心点的横坐标,Py0表示当前的水印嵌入区域的中心点的纵坐标,x0为规避区域的中心点的横坐标,y0为规避区域的中心点的纵坐标,h为规避区域的高度,w为规避区域的宽度。
可选地,所述计算更新后的水印嵌入区域的位置,包括根据距离模型计算更新后的水印嵌入区域的中心点的坐标值P(Px,Py);
其中,所述距离模型为I型距离模型、II型距离模型和III型距离模型中的一种:
I型距离模型的位置计算公式为:
II型距离模型的位置计算公式为:
III型距离模型的位置计算公式为:
其中,中间变量E采用如下公式计算得到:
可选地,所述根据距离模型更新水印嵌入区域的位置,还分别包括根据各个规避区域的重要度g选择对应的距离模型的步骤,其中:
一规避区域的重要度g<0.5时,选择所述I型距离模型;
一规避区域的重要度g>0.85时,选择所述II型距离模型;
一规避区域的重要度0.5≤g≤0.85时,选择所述III型距离模型。
可选地,所述对小于预设距离阈值的距离进行放大,包括如下步骤:
采用映射函数H(d0,k)的映射曲线对水印嵌入区域至该规避区域的距离进行映射:
将计算得到的H(d0,k)的值作为更新后的水印嵌入区域至该规避区域的距离值,将当前的水印嵌入区域相对于规避区域的方向角作为更新后的水印嵌入区域相对于该规避区域的方向角;
其中,映射函数H(d0,k)为如下映射函数H1(d0,k1)和映射函数H2(d0,k2)中的一种:
映射函数H1(d0,k1):
映射函数H2(d0,k2):
当d0≥0时,H2(d0,k2)=d0+erf(Bk2d0+C)-tanh(Bk2d0+C)
当d0<0时,H2(d0,k2)=d0+erf(Bk2d0-C)-tanh(Bk2d0-C)
其中,d0为当前的水印嵌入区域至规避区域的距离值,k1为映射函数H1(d0,k1)的映射曲线陡峭度控制参数,0<k1<1,k2为映射函数H2(d0,k2)的映射曲线影响范围控制参数,0<k2<1,A、B、C和D为预设常数值。
可选地,所述对小于预设距离阈值的距离进行放大,还包括根据各个规避区域的重要度g选择对应的映射函数的步骤,其中:
一规避区域的重要度g<0.5时,选择所述映射函数H1(d0,k1);
一规避区域的重要度g≥0.5时,选择所述映射函数H2(d0,k2)。
可选地,A的值为约等于5.012的无理数,B的值为约等于0.446的无理数,C的值为约等于1.765的无理数,D的值为约等于0.562的无理数。
可选地,对各幅图像处理时,所述根据距离模型更新水印嵌入区域的位置之前,还包括根据随机急动度的游走模型计算水印嵌入区域的位置的步骤;
所述根据随机急动度的游走模型计算当前的水印嵌入区域的位置,包括如下步骤:
模拟一个随机矢量,使其矢量长度ρj服从以0为期望值、以σj为方差的正态分布,即:
根据如下公式计算水印游走的随机急动度j(jx,jy):
根据如下公式计算更新后的水印游走加速度a(ax,ay):
a=ax0+tj*jx
ay=ay0+tj*jy
其中,tj为急动度项的控制权重,ax0为当前的水印游走加速度在横坐标轴的向量值,ay0为当前的水印游走加速度在纵坐标轴的向量值;
根据如下公式计算更新后的水印游走速度v(vx,vy):
vx=vx0+ta*ax
vy=vy0+ta*ay
其中,ta为加速度项的控制权重,vx0为当前的水印游走速度在横坐标轴的向量值,vy0为当前的水印游走速度在纵坐标轴的向量值;
根据如下公式计算由游走模型得到的水印嵌入区域的中心点的坐标值P0’(Px0’,Py0’):
Px0′=Px0+tv*vx
Py0′=Py0+tv*vy
其中,tv为速度项的控制权重,Px0表示当前的水印嵌入区域的中心点的横坐标,Py0表示当前的水印嵌入区域的中心点的纵坐标;
将由游走模型得到的水印嵌入区域的中心点的坐标值P0’(Px0’,Py0’)作为距离模型的输入,更新水印嵌入区域的位置。
本发明实施例还提供一种视频中水印嵌入位置的确定系统,应用于所述的视频中水印嵌入位置的确定方法,所述系统包括:
数据接收模块,用于获取视频数据、视频数据中的规避区域信息和当前的水印嵌入区域的位置;
规避映射模块,用于计算当前的水印嵌入区域至各个规避区域的距离;对小于预设距离阈值的距离进行放大,获取更新后的水印嵌入区域至规避区域的距离;以及根据更新后的水印嵌入区域至规避区域的距离计算更新后的水印嵌入区域的位置;
数据输出模块,用于根据更新后的水印嵌入区域的位置输出当前图像的水印嵌入区域的位置信息。
本发明实施例还提供一种视频中水印嵌入位置的确定设备,包括:
处理器;
存储器,其中存储有所述处理器的可执行指令;
其中,所述处理器配置为经由执行所述可执行指令来执行所述的视频中水印嵌入位置的确定方法的步骤。
本发明实施例还提供一种计算机可读存储介质,用于存储程序,所述程序被执行时实现所述的视频中水印嵌入位置的确定方法的步骤。
本发明所提供的视频中水印嵌入位置的确定方法、系统、设备及存储介质具有下列优点:
本发明提供了一种在会议视频中随机游走可见水印并使其规避若干重要区域以免对这些重要区域造成不良视觉污染的方案,因此,实现在视频会议中实时地计算出向视频中嵌入可见水印的随机位置的功能,也就是使可见水印在视频中实时作随机游走;通过可见水印在视频中的随机游走来对抗去水印软件的视频编辑操作,使其难以预测水印区域,从而使其篡改水印的视频编辑操作失效,在一定程度上保证了视频源的身份信息的明确表达的安全性;特别地,为了增强这种随机游走的可见水印在视频会议中的可应用性,还实现了让可见水印主动避让视频图像中实时划定的一些重要的用户兴趣区域的功能,使得这项技术可以更加友好地应用在视频会议中,以保障视频会议源的身份信息正确表达的安全;本发明的方案不仅可以应用于会议视频的处理,也可以应用于其他类型的视频处理。
附图说明
通过阅读参照以下附图对非限制性实施例所作的详细描述,本发明的其它特征、目的和优点将会变得更明显。
图1是本发明一实施例的视频中水印嵌入位置的确定方法的流程图;
图2是本发明一实施例的图像中建立坐标系的示意图;
图3是本发明一实施例的第一种映射函数的映射曲线示意图;
图4是本发明一实施例的第二种映射函数的映射曲线示意图;
图5是一实施例的图像中出现两个重要度较小的规避区域,水印嵌入区域的中心点游走的随机路径的示意图;
图6是图5的情况下,水印图案的大量随机游走所表现出来的对规避区域进行避让的效果示意图;
图7是图5的情况下,规避区域的存在对平直空间的扭曲示意图;
图8是本发明一实施例的视频中水印嵌入位置的确定系统的结构示意图;
图9是本发明一实施例的游走模拟模块的结构示意图;
图10是本发明一实施例的规避映射模块的结构示意图;
图11是本发明一实施例的视频中水印嵌入位置的确定设备的结构示意图;
图12是本发明一实施例的计算机存储介质的结构示意图。
具体实施方式
现在将参考附图更全面地描述示例实施方式。然而,示例实施方式能够以多种形式实施,且不应被理解为限于在此阐述的实施方式;相反,提供这些实施方式使得本发明将全面和完整,并将示例实施方式的构思全面地传达给本领域的技术人员。在图中相同的附图标记表示相同或类似的结构,因而将省略对它们的重复描述。
本发明所述会议视频中的一枚可见水印是把一幅尺寸比会议视频小的图像等尺寸地叠加或者镶嵌在会议视频的每幅图像上得到的图案,镶嵌前的小尺寸图像为水印模板,镶嵌后落在会议视频的每幅图像上的图案为水印图案,水印图案在会议视频的每幅图像中的位置会随着时间发生移动,在具体的一幅视频图像中水印图案所在的区域为此幅视频图像的水印嵌入区域。
一般情况下,水印模板的尺寸远远小于会议视频的尺寸,水印模板的面积大约在会议视频单幅图像面积的5%左右。水印模板的面积大约在会议视频单幅图像面积的5%左右,且水印模板的宽小于视频宽的1/3,水印模板的高小于视频高的1/3。
一段会议视频中可能会含有一些比较重要的信息,这些重要信息落在具体的每幅视频图像中时会占据一块或者若干块范围明确的区域,在水印应用中希望在嵌入水印图案时尽量避免进入这些区域以免污染这些比较重要的信息,这些区域即为水印图案需要规避的区域。
当一幅视频图像中出现多个水印图案需要规避的区域时,为了指导水印区域计算算法对水印位置进行取舍,可以为每个规避区域设置不同的重要度,当在两个不同重要度的区域中进行衡量时水印嵌入区域更应该优先避开重要度较高的区域。
如图1所示,为了达到上述目的,本发明提供了一种视频中水印嵌入位置的确定方法,用于视频的各个图像中水印嵌入区域的位置的确定,所述方法包括如下步骤:
S100:获取当前的水印嵌入区域的位置;
S200:获取当前图像中预设的规避区域的位置;
在每个图像中,用户可以不输入任何水印图案需要规避的区域,也可以预先输入一个或者多个规避区域至图像中,一般不超过15个的需要规避的区域。用户每输入一个水印图案需要规避的区域时,需要使用(左,右,顶,底)四个整数来表示可以完整覆盖一个需要规避区域的最小矩形的位置,同时还需要一个[0,1]区间内的浮点数来表示这个区域的重要度,重要度的缺省值为0.5。一般地,当规避区域信息越重要,重要度越高,比如当在一个小区域内确定有人脸存在时,可以设置这个区域的重要度为1;又比如在当一片区域中有人物或者某类特殊物件存在时,可以设置这个区域的重要度为75%;又比如当在一片中央区域内可能有人物或者某类特殊物件存在时,可以设置这个区域的重要度为50%;又比如,只是单纯地希望视频的中央不被水印图案污染时,可以设置中央局部区域的重要度为30%。
S300:依次针对当前图像中各个规避区域,根据距离模型更新水印嵌入区域的位置;
其中,步骤S300中,针对各个规避区域,所述根据距离模型更新水印嵌入区域的位置,包括如下步骤:
S301:根据距离模型计算当前的水印嵌入区域至该规避区域的距离;
S302:对小于预设距离阈值的距离进行放大,获取更新后的水印嵌入区域至该规避区域的距离;
S303:根据更新后的水印嵌入区域至该规避区域的距离计算更新后的水印嵌入区域的位置。
针对当前规避区域,更新水印嵌入区域的位置后,判断是否还存在下一个规避区域,针对下一个规避区域重复执行步骤S301至步骤S303的处理,至根据所有规避区域均更新水印嵌入区域的位置为止。
输出当前图像中水印嵌入区域的位置后,如果还有后续待处理的图像,则获取下一图像,针对下一图像重复上述S100到S600的步骤。
本发明使用距离模型来调整水印嵌入区域与规避区域的距离,使得水印嵌入区域的中心距离规避区域的距离不至于过小而使得水印嵌入区域遮挡规避区域。
下面结合一个具体实施例来具体介绍上述各个步骤。
该实施例将在会议视频中随时间移动的水印嵌入区域抽象成以其中心位置所代表的一个在会议视频中游走的质点,即水印嵌入区域的中心游走点。可以理解的是,此处选择水印嵌入区域的中心位置来代表水印嵌入区域的位置仅为一种可选的实施方式,在实际应用中,还可以采用其他计算方法,例如选择水印嵌入区域的四个角点位置或特征点位置来代表水印嵌入区域的位置等等,均属于本发明的保护范围之内。同样地,在该实施例中,以规避区域的中心的坐标值来表示规避区域的位置,在实际应用中,也不限于此,其他选择规避区域的四个角点位置或特征点位置来代表规避区域的位置的,均属于本发明的保护范围之内。
如图2所示,水印嵌入区域中心游走点被限定在以会议视频图像的左上角为原点,沿宽向右的方向为x轴正方向,沿高向下的方向为y轴正方向,以单个像素为单位1的一个二维坐标平面上移动。在这个坐标平面上水印嵌入区域中心游走点表示为P0(Px0,Py0)。该图中还示出了两个规避区域R1和R2。游走点距离规避区域R1和R2的距离分别为d1和d2,游走点偏离规避区域R1和R2分别形成一方向角和此处坐标系的设置方式仅为示例,实际应用中,采用其他坐标系也是可以,均属于本发明的保护范围之内。
水印图案需要规避的区域也在上述坐标平面中来描述,一个规避区域以一个正好可以覆盖这个区域的矩形来表示,以(左,右,顶,底)的四元组来描述。
当水印嵌入区域中心游走点在会议视频的宽wv扣除水印模板的宽wm,以及会议视频的高hv扣除水印模板的高hm,得到的一个矩形中移动时,对应的水印嵌入区域会被完整地包含在视频的图像当中,此矩形在上述坐标平面中以(左,右,顶,底)的四元组来描述,即为:
当前获取的规避区域的左侧边与图像左侧边距离、该规避区域的右侧边与图像左侧边距离、该规避区域的上侧边与图像上侧边距离、该规避区域的下侧边与图像上侧边距离分别为x20,x10,y20,y10。
根据规避区域的重要度g,可以对规避区域V0(x20,x10,y20,y10)进一步进行转换,具体根据如下公式:
根据更新后的规避区域的参数x20,x10,y20,y10,确定规避区域在图像中的位置,可以进一步更新规避区域的中心点的坐标值(x0,y0)。
在该实施例中,在使用距离模型调整水印嵌入区域的位置之前,还包括采用随机急动度的游走模型使水印嵌入区域中心点在会议视频中游走的步骤。通过采用随机急动度的游走模型,可以使得水印嵌入区域在会议视频中发生随机游走,而不是在一个固定的位置,从而可以避免其他人篡改、删除水印。
采用随机急动度的游走模型,具体包括如下步骤:
确定水印区域的宽高与水印模板相同;
水印嵌入区域的中心点在上述区域内作一种平缓的随机游走运动,这种平缓的随机游走运动是通过用模拟的随机变量来控制水印区域中心点游走的急动度,然后通过急动度表达为加速度,再把加速度表达为速度,再把速度表达为当前位置的方式来实现的;
记录水印区域中心点游走的当前位置P0(Px0,Py0)、当前速度v0(vx0,vy0)、当前加速度a0(ax0,ay0)、当前急动度j0(jx0,jy0)以及一些表示权重的控制参数,通过逐幅图像迭代更新来获得新的状态。
每遇到一幅新的视频图像,使用当前水印游走速度v0(vx0,vy0)来更新当前水印嵌入区域的中心点的坐标值,按下式计算:
Px0′=Px0+tv*vx
Py0′=Py0+tv*vy
其中,tv是速度项的控制权重,即当速度为1时,每换一幅图像,水印嵌入区域中心游走点应该移动的像素距离,其取决于视频中相邻两幅图像之间的时间间隔,即视频的帧率。
每遇到一幅新的视频图像,需要使用更新后的加速度a(ax,ay)并结合上述驱逐力f作为一个附加的加速度项来对当前速度v0(vx0,vy0)进行更新,得到更新后的速度v(vx,vy),具体按下式计算:
vx=vx0+ta*ax
vy=vy0+ta*ay
其中的ta是加速度项的控制权重。
为了使游走速度不致过大,需要使用一个大于零的最大游走速度dv,并且使用Regular()函数应用约束限制,得到v’(vx’,vy’),然后采用v’(vx’,vy’)的值来替换上式中v(vx,vy)的值,即:
v’=Regular(vx,vy,dv)
其中的约束限制函数Regular()通过计算一个由两个分量vx,v9表示的矢量的长度,与最大限制值dv相比较,如果矢量的长度比最大限制值大,则需要将其压缩到小于最大限制值的范围内,具体计算如下:
每遇到一幅新的视频图像,需要使用更新后的急动度j(jx,jy)来对当前加速度a0(ax0,ay0)进行更新,得到更新后的加速度a(ax,ay),按下式计算:
ax=ax0+tj*jx
ay=ay0+tj*jy
其中,tj为急动度项的控制权重。
为了使水印嵌入区域中心游走点所感受到的加速度不致过大,同样需要使用一个大于零的最大游走加速度da,并且使用上述的Regular()函数应用约束限制,得到a’(ax’,ay’),然后使用a’(ax’,ay’)的值替换上式中a(ax,ay)的值,即:
a′=Regular(ax,ay,da)
当需要更新当前的急动度j0(jx0,jy0)时,模拟一个随机矢量j来更新,使其矢量长度ρj服从以0为期望值、以σj为方差的正态分布,即:
进而求得模拟随机变量的急动度j(jx,jy),即:
如果更新后由P0’(Px0’,Py0’)决定的水印嵌入区域中心游走点位置不能满足上述范围约束,则需要对当前位置点进行纠正:
水印区域的中心点被约束在可以保证完整地把水印模板叠加到视频图像上的范围内,视频图像的宽高为wv和hv,水印模板的宽高为wm和hm,水印区域的中心点的坐标值Px0’和Py0’满足:
如果超出了水平边界一个距离,则沿水平方向折返相同的距离,同时对v(vx,vy)的水平分量反向,即当超出左边界时有:
而当超出右边界时有:
如果超出了垂直边界一个距离,则沿垂直方向折返相同的距离,同时对v(vx,vy)的垂直分量反向,即当超出顶边界时有:
而当超出底边界时有:
在该实施例中,通过使用随机分布的急动度j(jx,jy),构建水印的随机急动度的游走模型,通过可见水印在视频中的随机游走来对抗去水印软件的视频编辑操作,使其难以预测水印区域,从而使其篡改水印的视频编辑操作失效,在一定程度上保证了视频源的身份信息的明确表达的安全性。
下面结合图3和图4进一步介绍步骤S300中应用距离模型对水印嵌入区域中心点的当前位置按规避区域进行规避映射的步骤。
在该实施例中,使用规避区域对水印嵌入区域中心的当前位置根据规避映射模型重新映射,所述规避映射模型包括距离模型和映射函数,其中距离模型提现了水印嵌入区域的中心与规避区域的中心的距离与水印嵌入区域的中心的位置之间的关系;映射函数可以将小于预设阈值的距离进行放大,使距离规避区域过近的游走点避开规避区域。
规避映射模型是对规避区域所在的空间进行弯曲,把处在平直空间中的点映射到弯曲空间中,使得平直空间中的点避开弯曲空间中高曲率的区域,从而实现水印嵌入区域中心游走点对规避区域的规避。
对于游走在平直空间中的水印嵌入区域中心游走点,当出现一个规避区域时,针对此区域构造一种距离模型用来计算水印嵌入区域中心游走点到规避区域中心的距离d0;请注意,此处计算水印嵌入区域中心点到规避区域中心的距离d0可以是采用初始获取的当前水印嵌入区域中心点的坐标值P0(Px0,Py0),也可以是采用上述基于游走模型计算后得到的水印嵌入区域中心点的坐标值P0’(Px0’,Py0’),也可以采用上述根据水印模板大小调整后的水印嵌入区域中心点的坐标值P0”(Px0”,Py0”)。下面为了举例,选择初始获取的当前水印嵌入区域中心点的坐标值P0(Px0,Py0)进行描述,但可以理解的是,本发明的保护范围不限于此。
对于游走在平直空间中的水印嵌入区域中心游走点,当出现更多的规避区域时,按规避区域出现的先后次序逐个应用规避映射,当所有的区域都应用了规避映射操作后得到的最终位置Pn就是应用了所有任意多规避区域的规避映射后的新位置。
例如有三个规避区域,则对P0应用第一个规避区域R1后得到新位置P1,记作:
M(R1):P0→P1
对P1应用第二个规避区域R2后得到新位置P2,记作:
M(R2):P1→P2
对P2应用第三个规避区域R3后得到新位置P3,记作:
M(R3):P2→P3
于是应用了所有三个规避区域的映射模型实际上是一个复合了三次的映射,即:
M3(R1,R2,R3)=M(R1)*M(R2)*M(R3):P0→P1→P2→P3
最终得到的P3是应用了三个规避区域的水印图案嵌入区域的中央点P0经三个规避区域作用后的最终规避映射位置P。
相适应地可以构造出三种类型的距离模型:I型距离模型、II型距离模型和III型距离模型。
其中,Arg()表示求复数的幅角。
在规避映射的I型距离模型中,通过下式计算得到当前水印嵌入区域中心游走点P0离开规避区域中心(xo,yo)的距离d0:
其中的w为规避区域的宽,而h为规避区域的高。
在规避映射的II型距离模型中,当前水印嵌入区域中心游走点P离开规避区域中心(xo,yo)的距离d0需要按下式分两种情况来计算:
在规避映射的III型距离模型中,当前水印嵌入区域中心游走点P离开规避区域中心(xo,yo)的距离d0需要按下式分三种情况来计算:
其中,r为当选用的规避区域的III型驱逐力场函数的圆角控制参数,ρ的计算方法如下:
u=h|Px|
v=w|Py|
其中最后一种情况中的中间变量E的计算式如下:
式中的t的计算方式如下:
上式中的r为圆角控制参数,优选地,设置为黄金分割比或者0.618。
优选地,按规避区域的重要度来选择规避映射的距离模型:当规避区域的重要度g<0.5时选择规避映射的I型距离模型;当g>0.85时选择规避映射的II型距离模型;当0.5≤g≤0.85时选择规避映射的III型距离模型。
可以与上述三种不同类型的距离模型中的任何一种都可以搭配使用的映射曲线H(d0)可以有多种,这里列举两种:
第一种距离映射曲线,曲线图样如图3所示,其中横坐标变量x即为距离d0,k为用来调节曲线陡峭程度的控制参数,此处为了与第二种映射距离曲线相区分,将k标记为k1,其函数H1(d0,k1)的计算表达式如下:
其中的A、B、C、D均为无理数常数,其中A的近似值为5.011591719218199,B的近似值为0.446241708168730,而C的近似值为1.765199774430883,D的近似值为0.561880539290740。
其中,erf表示错误函数,即如下公式所示:
其中tanh即为双曲正切函数,即如下公式所示:
其中d0为当前的水印嵌入区域中心游走点到规避区域中心的距离,当|d0|=π时表示在规避区域的边界线上。
其中k1是用来调节曲线陡峭程度的控制参数。k1取值区间为(0,1],k取值越大则映射曲线越陡峭,规避效果越明显,当k1=1时达最大值。
当水印嵌入区域中心游走点在规避区域之内时,如图3所示的距离x(一般为正值)将小于π,通过距离映射曲线把π/3(区域中心附近的1/3)以内的距离快速放大,当到π/3时放大后将达到π(区域边界)即挤到了规避区域的边界附近,当远离π(区域边界)时又快速恢复到平直空间的状态。
第二种距离映射曲线,曲线图样如图4所示,其包括有d0≥0的一支和d0<0的一支,其中横坐标变量x即为距离d0,k为用来调节映射影响范围的控制参数,此处为了与第一种映射距离曲线相区分,将k标记为k2,函数H2(d0,k2)的计算表达式如下:
d0≥0,H2(d0,k2)=d0+erf(Bk2d0+C)-tanh(Bk2d0+C)
d0<0,H2(d0,k2)=d0+erf(Bk2d0-C)-tanh(Bk2d0-C)
此处例举的第二种距离映射曲线是在第一种距离映射曲线的基础上发展出来的,其中的B和C与第一种距离映射中同名的无理数常数完全相同,其中B的近似值为0.446241708168730,而C的近似值为1.765199774430883。
其中d0为当前的水印嵌入区域中心游走点到规避区域中心的距离,当|d0|=π时表示在规避区域的边界线上。
其中k2是用来调节映射影响范围的控制参数。k2取值区间为(0,1],k2取值越大则映射的影响范围越小,但是规避区域边界附近的拥挤程度也越高,当k2=1时达最大值。
从图4类比图3可知,第二种距离映射曲线H2(d0,k2)相比于第一种距离映射曲线H1(d0,k1)具有映射后新位置均在规避区域之外的特点,但是第二种距离映射较第一种距离映射的缺点也很明显:第二种距离映射所影响的区域要比第一种距离映射所影响的更远,第一种距离映射能影响到区域外延伸一个区域半径的范围,而第二种距离映射则能影响到区域外延伸出两个区域半径甚至更远的距离。
从两种距离映射曲线的特性可以为不同重要度的规避区域选用不同的距离映射,当规避区域的重要度较高且区域范围较小时,优先选用第二种距离映射曲线来进行距离映射计算;而当规避区域的重要度较低或者规避区域的范围较大时,优先选用第一种距离映射曲线来进行距离映射计算。
优选地,按规避区域的重要度来选择规避映射的距离映射曲线:当规避区域的重要度g<0.5时选择第一种距离映射曲线;反之,即当g≥0.5选择第二种距离映射曲线。
然后,将计算得到的H1(d0,k1)的值或H2(d0,k2)的值作为更新后的水印嵌入区域至该规避区域的距离值d,将当前的水印嵌入区域相对于规避区域的方向角仍作为更新后的水印嵌入区域相对于该规避区域的方向角再代入到上述的距离模型中去,就可以得到应用规避映射后的水印嵌入区域的中心点的坐标值P(Px,Py)。
需要注意的是,此处仅列举了调整水印嵌入区域到规避区域之间距离的两种映射曲线。但在实际应用中,也可以采用其他的调整方式。例如,当水印嵌入区域到规避区域之间的距离(水印嵌入区域中心与规避区域中心的距离,在该段中简称为距离)小于预设阈值时,将该距离的值乘以一个大于1的固定系数或可变系数进行放大,可变系数的大小可以根据规避区域的重要度进行调整;或者当该距离小于预设阈值时,将该距离的值直接调整为一个满足水印嵌入区域不遮挡规避区域的预设值等等。本发明不以此处列举的方式为限,只要能够满足当距离值过小时,对其进行适当放大而使得水印嵌入区域不至于遮挡规避区域、或者不至于遮挡规避区域过多的要求即可。水印嵌入区域不至于遮挡规避区域的判断标准可以是,水印嵌入区域中心点到规避区域中心点的距离至少大于沿两个中心点连线方向上,水印嵌入区域中心点到水印嵌入区域边界的距离和规避区域中心点到规避区域边界的距离之和。水印嵌入区域不至于遮挡规避区域过多的判断标准可以是,水印嵌入区域中心点到规避区域中心点的距离至少大于沿两个中心点连线方向上,规避区域中心点到规避区域边界的距离之和。
图5~图7示出了采用该实施例的视频中水印嵌入位置的确定方法时,图像中出现两个重要度较小的规避区域时水印嵌入区域游走的示意图。
图5所示的是在固定地拥有上述两个规避区域的视频中,水印图案中心所游走过的一条随机路径,从中可以看出水印图案在视频中的随机游走特性。图6所示的是在固定地拥有上述两个规避区域的视频中,水印图案的大量随机游走所表现出来的对规避区域进行避让的效果。
图7所示的是在拥有上述两个规避区域的视频图像中,规避区域的存在对水印图案中心所处平直空间的扭曲导致水印图案中心被排挤出规避区域的效果。水印图案中心的游走轨迹分布于具有填充的部分。图中的无填充部分的水平直线和垂直直线表示未被扭曲时的平直空间的特征,而无填充部分的呈水平走势和呈垂直走势的曲线则表示被规避区域引入的空间扭曲所呈现出来的特征。在扭曲的空间中,水印图案的中央点被排挤在规避区域的外缘,而在远离规避区域的地方则呈现均匀的出现概率。对于图7来说,当水印的游走轨迹进一步增多时,在规避区域之外的区域会呈现云雾状的游走轨迹。
该实施例中的规避区域避让方案中,基于游走模型的随机游走实现。然而,在其他一些实施方式中,即使不采用随机急动度的游走模型,也可以采用本发明的避让规避区域的方法,均属于本发明的保护范围之内。即水印嵌入区域的中心并不是随机游走的,而是按照预定轨迹移动或者处于一个恒定的位置,当出现规避区域时,根据规避映射模型对水印嵌入区域的位置进行调整,使其避开规避区域即可。
如图8所示,本发明实施例还提供一种视频中水印嵌入位置的确定系统,包括:
数据接收模块100,用于接收用于可见水印的区域游走计算和规避计算的必要数据,并配置计算模型和参数;进一步地,数据接收模块100还用于对接收的数据进行合规检查,包括视频中图像的宽、高均大于0,水印图案宽、高均大于0,水印图案的高不超过视频高的1/3,各水印规避区域均在视频图像范围内;
游走模拟模块200,用于针对每幅视频图像使用随机急动度的游走模型计算水印嵌入区域中心游走点的当前位置以及相关游走状态的更新;
规避映射模块300,用于针对每幅视频图像使用规避映射模型对水印嵌入区域中心游走点的当前位置进行再映射来调节位置实现规避效果计算;
数据输出模块400,用于输出当前视频图像中的水印嵌入区域。
如图9所示,进一步地,所述游走模拟模块200又可以包括如下子模块:
位置更新子模块201,用于按游走模拟模型根据水印嵌入区域中心游走点的当前位置及当前速度来计算新的当前位置,并保证其处在让整个水印图案都能嵌入到视频图像中的范围之内;
速度更新子模块202,用于按游走模拟模型根据水印嵌入区域中心游走点的当前速度和当前加速度来计算新的当前速度,并保证当前速度处在一个不太快速的范围之内;
加速度更新子模块203,用于按游走模拟模型根据水印嵌入区域中心游走点的当前加速度和当前急动度来计算新的当前加速度,并保证当前加速度处在一个不太剧烈的范围之内;
急动度模拟子模块204,用于按游走模拟模型对当前水印嵌入区域中心游走点的急动度进行随机模拟,用新的随机值来更新当前急动度。
如图10所示,进一步地,所述规避映射模块300又可以包括如下子模块:
距离模型策略子模块301,用于针对每一个水印嵌入区域中心游走点需要规避的区域选择一种恰当的距离模型并设置相关参数来进行相关的规避映射计算;
I型距离计算子模块302,用于使用I型距离模型把水印嵌入区域中心游走点在规避映射计算过程中的一个临时位置转换成距离和方向的表达方式;
I型距离映射子模块303,用于使用第一种距离映射曲线把302计算出来的距离映射到一个新的值;
I型距离逆计算子模块304,用于使用I型距离模型的逆向计算过程把303映射获得的新的距离结合302获得的方向进行逆向求解映射后的新位置,作为水印嵌入区域中心游走点在规避映射计算过程中的一个新的临时位置;
II型距离计算子模块305,用于使用II型距离模型把水印嵌入区域中心游走点在规避映射计算过程中的一个临时位置转换成距离和方向的表达方式;
II型距离映射子模块306,用于使用第二种距离映射曲线把305计算出来的距离映射到一个新的值;
II型距离逆计算子模块307,用于使用II型距离模型的逆向计算过程把306映射获得的新的距离结合305获得的方向进行逆向求解映射后的新位置,作为水印嵌入区域中心游走点在规避映射计算过程中的一个新的临时位置;
III型距离计算子模块308,用于使用II型距离模型把水印嵌入区域中心游走点在规避映射计算过程中的一个临时位置转换成距离和方向的表达方式;
III型距离映射子模块309,用于使用第二种距离映射曲线把308计算出来的距离映射到一个新的值;
III型距离逆计算子模块310,用于使用III型距离模型的逆向计算过程把309映射获得的新的距离结合308获得的方向进行逆向求解映射后的新位置,作为水印嵌入区域中心游走点在规避映射计算过程中的一个新的临时位置;
规避映射结束判断子模块311,用于判断是否对水印嵌入区域中心游走点按所有需要规避的区域都完成了一次规避映射计算,如果还有规避区域没有参与映射计算则把获得的最新临时位置以及未对应的规避区域一并交付给距离模型策略子模块启动相关规避映射计算,如果已经处理了所有规避区域的规避映射计算则把获得的最新临时位置作为水印嵌入区域中心游走点的规避映射后的位置。
本发明实施例还提供一种视频中水印嵌入位置的确定设备,包括处理器;存储器,其中存储有所述处理器的可执行指令;其中,所述处理器配置为经由执行所述可执行指令来执行所述的视频中水印嵌入位置的确定方法的步骤。
所属技术领域的技术人员能够理解,本发明的各个方面可以实现为系统、方法或程序产品。因此,本发明的各个方面可以具体实现为以下形式,即:完全的硬件实施方式、完全的软件实施方式(包括固件、微代码等),或硬件和软件方面结合的实施方式,这里可以统称为“电路”、“模块”或“系统”。
下面参照图11来描述根据本发明的这种实施方式的电子设备600。图11显示的电子设备600仅仅是一个示例,不应对本发明实施例的功能和使用范围带来任何限制。
如图11所示,电子设备600以通用计算设备的形式表现。电子设备600的组件可以包括但不限于:至少一个处理单元610、至少一个存储单元620、连接不同系统组件(包括存储单元620和处理单元610)的总线630、显示单元640等。
其中,所述存储单元存储有程序代码,所述程序代码可以被所述处理单元610执行,使得所述处理单元610执行本说明书上述电子处方流转处理方法部分中描述的根据本发明各种示例性实施方式的步骤。例如,所述处理单元610可以执行如图1中所示的步骤。
所述存储单元620可以包括易失性存储单元形式的可读介质,例如随机存取存储单元(RAM)6201和/或高速缓存存储单元6202,还可以进一步包括只读存储单元(ROM)6203。
所述存储单元620还可以包括具有一组(至少一个)程序模块6205的程序/实用工具6204,这样的程序模块6205包括但不限于:操作系统、一个或者多个应用程序、其它程序模块以及程序数据,这些示例中的每一个或某种组合中可能包括网络环境的实现。
总线630可以为表示几类总线结构中的一种或多种,包括存储单元总线或者存储单元控制器、外围总线、图形加速端口、处理单元或者使用多种总线结构中的任意总线结构的局域总线。
电子设备600也可以与一个或多个外部设备700(例如键盘、指向设备、蓝牙设备等)通信,还可与一个或者多个使得用户能与该电子设备600交互的设备通信,和/或与使得该电子设备600能与一个或多个其它计算设备进行通信的任何设备(例如路由器、调制解调器等等)通信。这种通信可以通过输入/输出(I/O)接口650进行。并且,电子设备600还可以通过网络适配器660与一个或者多个网络(例如局域网(LAN),广域网(WAN)和/或公共网络,例如因特网)通信。网络适配器660可以通过总线630与电子设备600的其它模块通信。应当明白,尽管图中未示出,可以结合电子设备600使用其它硬件和/或软件模块,包括但不限于:微代码、设备驱动器、冗余处理单元、外部磁盘驱动阵列、RAID系统、磁带驱动器以及数据备份存储系统等。
本发明实施例还提供一种计算机可读存储介质,用于存储程序,所述程序被执行时实现所述的视频中水印嵌入位置的确定方法的步骤。在一些可能的实施方式中,本发明的各个方面还可以实现为一种程序产品的形式,其包括程序代码,当所述程序产品在终端设备上运行时,所述程序代码用于使所述终端设备执行本说明书上述电子处方流转处理方法部分中描述的根据本发明各种示例性实施方式的步骤。
参考图12所示,描述了根据本发明的实施方式的用于实现上述方法的程序产品800,其可以采用便携式紧凑盘只读存储器(CD-ROM)并包括程序代码,并可以在终端设备,例如个人电脑上运行。然而,本发明的程序产品不限于此,在本文件中,可读存储介质可以是任何包含或存储程序的有形介质,该程序可以被指令执行系统、装置或者器件使用或者与其结合使用。
所述程序产品可以采用一个或多个可读介质的任意组合。可读介质可以是可读信号介质或者可读存储介质。可读存储介质例如可以为但不限于电、磁、光、电磁、红外线、或半导体的系统、装置或器件,或者任意以上的组合。可读存储介质的更具体的例子(非穷举的列表)包括:具有一个或多个导线的电连接、便携式盘、硬盘、随机存取存储器(RAM)、只读存储器(ROM)、可擦式可编程只读存储器(EPROM或闪存)、光纤、便携式紧凑盘只读存储器(CD-ROM)、光存储器件、磁存储器件、或者上述的任意合适的组合。
所述计算机可读存储介质可以包括在基带中或者作为载波一部分传播的数据信号,其中承载了可读程序代码。这种传播的数据信号可以采用多种形式,包括但不限于电磁信号、光信号或上述的任意合适的组合。可读存储介质还可以是可读存储介质以外的任何可读介质,该可读介质可以发送、传播或者传输用于由指令执行系统、装置或者器件使用或者与其结合使用的程序。可读存储介质上包含的程序代码可以用任何适当的介质传输,包括但不限于无线、有线、光缆、RF等等,或者上述的任意合适的组合。
可以以一种或多种程序设计语言的任意组合来编写用于执行本发明操作的程序代码,所述程序设计语言包括面向对象的程序设计语言—诸如Java、C++等,还包括常规的过程式程序设计语言—诸如“C”语言或类似的程序设计语言。程序代码可以完全地在用户计算设备上执行、部分地在用户设备上执行、作为一个独立的软件包执行、部分在用户计算设备上部分在远程计算设备上执行、或者完全在远程计算设备或服务器上执行。在涉及远程计算设备的情形中,远程计算设备可以通过任意种类的网络,包括局域网(LAN)或广域网(WAN),连接到用户计算设备,或者,可以连接到外部计算设备(例如利用因特网服务提供商来通过因特网连接)。
综上所述,与现有技术相比,本发明提供了一种在会议视频中随机游走可见水印并使其规避若干重要区域以免对这些重要区域造成不良视觉污染的方案,因此,实现在视频会议中实时地计算出向视频中嵌入可见水印的随机位置的功能,也就是使可见水印在视频中实时作随机游走;通过可见水印在视频中的随机游走来对抗去水印软件的视频编辑操作,使其难以预测水印区域,从而使其篡改水印的视频编辑操作失效,在一定程度上保证了视频源的身份信息的明确表达的安全性;特别地,为了增强这种随机游走的可见水印在视频会议中的可应用性,还实现了让可见水印主动避让视频图像中实时划定的一些重要的用户兴趣区域的功能,使得这项技术可以更加友好地应用在视频会议中,以保障视频会议源的身份信息正确表达的安全;本发明的方案不仅可以应用于会议视频的处理,也可以应用于其他类型的视频处理。
以上内容是结合具体的优选实施方式对本发明所作的进一步详细说明,不能认定本发明的具体实施只局限于这些说明。对于本发明所属技术领域的普通技术人员来说,在不脱离本发明构思的前提下,还可以做出若干简单推演或替换,都应当视为属于本发明的保护范围。
Claims (10)
1.一种视频中水印嵌入位置的确定方法,其特征在于,用于确定视频的各个图像中水印嵌入区域的位置,所述方法包括如下步骤:
S100:获取当前的水印嵌入区域的位置;
S200:获取当前图像中预设的规避区域的位置;
S300:依次针对当前图像中各个规避区域,根据距离模型更新水印嵌入区域的位置;
其中,步骤S300中,针对各个规避区域,所述根据距离模型更新水印嵌入区域的位置,包括如下步骤:
S301:根据距离模型计算当前的水印嵌入区域至该规避区域的距离;
S302:对小于预设距离阈值的距离进行放大,获取更新后的水印嵌入区域至该规避区域的距离;
S303:根据更新后的水印嵌入区域至该规避区域的距离计算更新后的水印嵌入区域的位置;
所述对小于预设距离阈值的距离进行放大,包括如下步骤:
采用映射函数H(d0,k)的映射曲线对水印嵌入区域至该规避区域的距离进行映射:
将计算得到的H(d0,k)的值作为更新后的水印嵌入区域至该规避区域的距离值,将当前的水印嵌入区域相对于规避区域的方向角作为更新后的水印嵌入区域相对于该规避区域的方向角;
其中,映射函数H(d0,k)为如下映射函数H1(d0,k1)和映射函数H2(d0,k2)中的一种:
映射函数H1(d0,k1):
映射函数H2(d0,k2):
当d0≥0时,H2(d0,k2)=d0+erf(Bk2d0+C)-tanh(Bk2d0+C)
当d0<0时,H2(d0,k2)=d0+erf(Bk2d0-C)-tanh(Bk2d0-C)
其中,d0为当前的水印嵌入区域至规避区域的距离值,k1为映射函数H1(d0,k1)的映射曲线陡峭度控制参数,0<k1<1,k2为映射函数H2(d0,k2)的映射曲线影响范围控制参数,0<k2<1,A、B、C和D为预设常数值,erf表示错误函数,tanh即为双曲正切函数。
2.根据权利要求1所述的视频中水印嵌入位置的确定方法,其特征在于,所述根据距离模型计算当前的水印嵌入区域至该规避区域的距离,包括根据距离模型计算当前的水印嵌入区域至规避区域的距离值d0和当前的水印嵌入区域相对于规避区域的方向角
其中,所述距离模型为I型距离模型、II型距离模型和III型距离模型中的一种:
I型距离模型的距离计算公式为:
II型距离模型的距离计算公式为:
III型距离模型的距离计算公式为:
其中,中间变量ρ采用如下公式计算:
u=h|Px0|
v=w|Py0|
r为III型距离模型的圆角控制参数,0<r<1;
Px0表示当前的水印嵌入区域的中心点的横坐标,Py0表示当前的水印嵌入区域的中心点的纵坐标,x0为规避区域的中心点的横坐标,y0为规避区域的中心点的纵坐标,h为规避区域的高度,w为规避区域的宽度。
4.根据权利要求3所述的视频中水印嵌入位置的确定方法,其特征在于,所述根据距离模型更新水印嵌入区域的位置,还分别包括根据各个规避区域的重要度g选择对应的距离模型的步骤,其中:
一规避区域的重要度g<0.5时,选择所述I型距离模型;
一规避区域的重要度g>0.85时,选择所述II型距离模型;
一规避区域的重要度0.5≤g≤0.85时,选择所述III型距离模型。
5.根据权利要求1所述的视频中水印嵌入位置的确定方法,其特征在于,所述对小于预设距离阈值的距离进行放大,还包括根据各个规避区域的重要度g选择对应的映射函数的步骤,其中:
一规避区域的重要度g<0.5时,选择所述映射函数H1(d0,k1);
一规避区域的重要度g≥0.5时,选择所述映射函数H2(d0,k2)。
6.根据权利要求1所述的视频中水印嵌入位置的确定方法,其特征在于,A的值为约等于5.012的无理数,B的值为约等于0.446的无理数,C的值为约等于1.765的无理数,D的值为约等于0.562的无理数。
7.根据权利要求1所述的视频中水印嵌入位置的确定方法,其特征在于,对各幅图像处理时,所述根据距离模型更新水印嵌入区域的位置之前,还包括根据随机急动度的游走模型计算水印嵌入区域的位置的步骤;
所述根据随机急动度的游走模型计算当前的水印嵌入区域的位置,包括如下步骤:
模拟一个随机矢量,使其矢量长度ρj服从以0为期望值、以σj为方差的正态分布,即:
根据如下公式计算水印游走的随机急动度j(jx,jy):
根据如下公式计算更新后的水印游走加速度a(ax,ay):
ax=ax0+tj*jx
ay=ay0+tj*jy
其中,tj为急动度项的控制权重,ax0为当前的水印游走加速度在横坐标轴的向量值,ay0为当前的水印游走加速度在纵坐标轴的向量值;
根据如下公式计算更新后的水印游走速度v(vx,vy):
vx=vx0+ta*ax
vy=vy0+ta*ay
其中,ta为加速度项的控制权重,vx0为当前的水印游走速度在横坐标轴的向量值,vy0为当前的水印游走速度在纵坐标轴的向量值;
根据如下公式计算由游走模型得到的水印嵌入区域的中心点的坐标值P0’(Px0’,Py0’):
Px0′=Px0+tv*vx
Py0′=Py0+tv*vy
其中,tv为速度项的控制权重,Px0表示当前的水印嵌入区域的中心点的横坐标,Py0表示当前的水印嵌入区域的中心点的纵坐标;
将由游走模型得到的水印嵌入区域的中心点的坐标值P0’(Px0’,Py0’)作为距离模型的输入,更新水印嵌入区域的位置。
8.一种视频中水印嵌入位置的确定系统,其特征在于,应用于权利要求1至7中任一项所述的视频中水印嵌入位置的确定方法,所述系统包括:
数据接收模块,用于获取视频数据、视频数据中的规避区域信息和当前的水印嵌入区域的位置;
规避映射模块,用于计算当前的水印嵌入区域至各个规避区域的距离;对小于预设距离阈值的距离进行放大,获取更新后的水印嵌入区域至规避区域的距离;以及根据更新后的水印嵌入区域至规避区域的距离计算更新后的水印嵌入区域的位置;
数据输出模块,用于根据更新后的水印嵌入区域的位置输出当前图像的水印嵌入区域的位置信息。
9.一种视频中水印嵌入位置的确定设备,其特征在于,包括:
处理器;
存储器,其中存储有所述处理器的可执行指令;
其中,所述处理器配置为经由执行所述可执行指令来执行权利要求1至7中任一项所述的视频中水印嵌入位置的确定方法的步骤。
10.一种计算机可读存储介质,用于存储程序,其特征在于,所述程序被执行时实现权利要求1至7中任一项所述的视频中水印嵌入位置的确定方法的步骤。
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